低成本高可靠永磁无刷直流电机伺服控制系统设计

《低成本高可靠永磁无刷直流电机伺服控制系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。低成本高可靠永磁无刷直流电机伺服控制系统设计　　摘要：该文所设计的永磁无刷直流电机伺服控制系统采用sT公司的8位低成本高性能单片机STM8S105实现电机控制算法，功率驱动电路采用TI公司的DRV8301芯片实现功率驱动电路和控制器工作电源变换，采用LTC公司的电源专用芯片LTC4364-1实现电源过压、欠压和过流故障保护，并配置位置传感器，可满足高精度

2、伺服控制需求。实验结果表明，该文设计的系统具备结构简单、成本低、可靠性高的特性，可广泛应用于中低压永磁无刷直流电机伺服控制系统。　　关键词：永磁无刷直流电机；驱动；保护；可靠性　　中图分类号：TP202文献标识码：A文章编号：1009--0192-03　　永磁无刷直流电机因其结构简单、启动力巨大、调速性能好、功率密度高、易维护等诸多优点，而被广泛应用于工业控制、精密仪器、机器人、电动汽车、航空航天等领域。传统的永磁无刷直流电机驱动系统硬件电路一般采用分立器件或功率驱动模块方式实现，其电路设计复杂、体积大、可靠性低和灵活性较差，同

3、时其价格较为昂贵，不适用于批量生产。为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　本文设计了一套低成本、高可靠永磁无刷直流电机伺服控制系统，控制器采用ST公司的8位高性能单片机STM8S105实现电机控制算法，功

4、率驱动电路采用TI公司的DRV8301芯片实现功率驱动电路和控制器工作电源变换，采用LTC公司的电源专用芯片LTC4364-1实现电源过压、欠压和过流故障保护，系统配置电机电流检测模块、输出状态采集模块、霍尔位置传感器采集模块和正交编码器位置状态采集模块，用于提高电机控制精度和可靠性，电路设计简洁、完备，通用性好，扩展性强，可广泛应用于中低压永磁无刷直流电机伺服控制系统。　　1总体设计　　永磁无刷直流电机伺服控制系统框图如图1所示，系统主要包括电机控制器模块、三相功率桥驱动模块、功率模块、霍尔位置传感器检测模块和输出状态采集模块

5、。控制器通过RS485通讯总线接收上位机发送的电机转动命令，依据霍尔位置传感器和正交编码器输出的转子位置进行逻辑运算，并结合电机电流产生PWNM功率驱动信号，经驱动器和功率模块变换实现功率信号放大，作用至电机绕组，控制电机按照给定转速和转动方向转动，实现精确伺服控制。控制过程中，电源监控模块实时监控功率电源过压、欠压和过流状态，实现功率电路保护。输出状态采集模块周期监控功率电路输出状态，参与BIT逻辑运算，实现电机故障诊断。　　2硬件设计　　控制器电路设计为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用

6、于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　控制器电路的主要功能是结合电机位置状态反馈信号、电机相电压、相电流等信号实现电机控制算法。本文采用意法半导体公司专门针对电机控制推出的8位高性价比单片机STM8S105实现电机算法控制。图2所示为控制器最小系统。　　其工作频率可达16MHz

7、，宽电压工作：，温度范围-40℃～125℃，采用三级流水线哈佛架构，具备丰富的外设资源，包括7通道10位A/D转换器，转换时间小于5微秒，1路SPI接口，1路PC接口，配置25路独立通用输入输出接口，芯片开发资源丰富，技术支持完备，且价格低廉，特别适用于低成本、高性能永磁无刷直流电机伺服控制系统开发。　　芯片配置4路定时器，其中定时器1为16位高性能控制定时器，利用其互补输出、死区控制和中心对齐PWM方式，该定时器可被用于产生PWM斩波信号，定时器1发出的PWM信号经功率驱动电路作用至上桥功率管，GPIO发出的控制信号经功率驱动

8、电路作用至下桥功率管。　　驱动电路设计为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项